Untersuchungen zur Modulation der Aktivitäten der Cathepsine B, L und S in endosomalen und lysosomalen Fraktionen menschlicher Monozyten/Makrophagen

Abstract

Monozyten als professionell antigenpräsentierende Zellen spielen eine wichtige Rolle beim Abbau phagozytierten Materials und darüber hinaus dessen Präsentation als Antigen. Diese Prozesse hängen von Cathepsinen ab, die in den Endosomen und Lysosomen der Zelle lokalisiert sind. Daher wurden Expression und Aktivität der Cathepsine B, L und S in diesen Kompartimenten von menschlichen Monozyten/Makrophagen untersucht, die aus Buffy coats frisch isoliert oder mit 100 U/ml Interferon-gamma kultiviert wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, daß in frisch isolierten Monozyten die Cathepsinaktivitäten der endosomalen Fraktion um ein Vielfaches höhere Werte aufzeigen als die Cathepsin-Aktivitäten in der lysosomalen Fraktion. Im Gegensatz dazu zeigen 72 Stunden lang in Kontrollmedium kultivierte Zellen höchste Cathepsinaktivitäten in der lysosomalen Fraktion. Mit Interferon-gamma stimulierte Zellen wiesen das gleiche endosomale/lysosomale Verteilungsmuster auf, jedoch mit unterschiedlichen Veränderungen der Cathepsinaktivitäten in diesen Kompartimenten. Interferon-gamma führte in den Zellen zu einer Hochregulation der MHC Klasse II-Moleküle aller drei Cathepsine sowie des Cysteinproteinasen-Inhibitors Cystatin C. Dabei zeigten die Lysosomen eine größere Zunahme der Cathepsin B-Aktivität als die Endosomen. Dagegen waren die Aktivitäten von Cathepsin L und S in den Endosomen nur auf 150 % und 167 % erhöht, während sie in den Lysosomen unverändert oder leicht reduziert waren. Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß die Cathepsine L und S wichtiger für die spezifische Proteolyse bei der Antigenpräsentation sind. Cathepsin B wird unter dem Einfluß von Interferon-gamma eher bei der unspezifischen Proteolyse des phagozytierten Materials von Bedeutung sein.

Dies läßt erkennen, daß Interferon-gamma nicht nur die Antigenpräsentation über MHC Klasse II-Moleküle stimuliert, sondern auch an intrazellulärer Proteolyse beteiligte Enzyme in ihrer Expression, Aktivität und intrazellulären Lokalisation den funktionellen Erfordernissen anpaßt.

Monocytes as professional antigen-presenting cells are involved in degradation of phagocytosed material as well as in presentation of protein fragments as antigens. These processes depend on cathepsins which are localised not only in lysosomes, but also in endosomal compartments. In order to examine the distribution of cathepsins B, L and S among these compartments, expression and activity of these enzymes were determined in subcellular fractions of human monocytes/macrophages freshly isolated from buffy coats or cultured in the presence of interferon-gamma (100 U/ml). The results demonstrate that in freshly isolated monocytes, endosomal cathepsin activities were several-fold higher than lysosomal cathepsin activities. In contrast to this, control cells after 72 h of culture exhibited highest cathepsin activities in the lysosomal fraction. 72 h of interferon-gamma treatment resulted in the same endosomal/lysosomal distribution pattern, but in different changes of the enzyme activities in these compartments. Upregulation of major histocompatibility complex class II molecules and cathepsins B, L and S in addition to cystatin C, a cysteine proteinase inhibitor, was found upon interferon-gamma-treatment. The activity of cathepsin B was increased in the lysosomal fraction to a higher degree than in the endosomal fraction. In contrast to this, endosomal activities of cathepsins L and S were increased to 150 % and 167 %, respectively, whereas they were unchanged or slightly reduced in the lysosomal fraction. These results suggest that cathepsins L and S play a major role in specific proteolysis related to antigen presentation. Under the influence of interferon-gamma, cathepsin B may be relevant for unspecific proteolysis of phagocytosed material.

These findings may indicate that interferon-gamma does not only stimulate antigen presentation mediated by major histocompatibility complex class II molecules, but also adapts expression, activity and intracellular localisation of the enzymes involved in intracellular proteolysis to the functional requirements.